一种抽油机井声测听方法技术

本发明专利技术方法通过加速度计将井内各种冲击力引起的油管振动转变为电信号，然后通过井声录放仪用人耳初步测听进行判断，需要时用井声录放仪将信号录制到磁带上，为了找出声响的位置特征，同时将在光杆的上、下死点位置的信号通过话筒加话音的方法记录到磁带的另一轨道上供分析用；随后在室内对井声进行放听或通过光线示话器或频谱分析仪将井声变为记录；最后利用声测所取得的资料进行分析，必要时参照其它资料如示功图、产量和液面等资料进行分析对比，最后做出判断。（*该技术在2007年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及抽油机井声测技术，属于声测试领域。有杆泵采油已有百余年历史。为了顺利进行抽油必须弄清井下泵的情况。目前一般主要依靠动力仪测量地面示功图。所谓地面示功图就是当抽油机曲柄在不同位置时光杆受力情况的变化图。这个方法的缺点是影响光杆受力的因素过多，在某些情况下，不同的受力因素却会得出同样的图形，即常发生多解性问题;同时这个方法的灵敏度差，也不便于连续测试。因此，在单纯依靠地面示功图来判断抽油系统的工作状况时，常容易造成失误(《石油与天然气杂志》(德文)1983年第5期，163页)。为了更准确地对抽油泵工作状况进行判断，国外曾研究过井下动力仪。将该仪接到泵上并下入井内测量柱塞受力情况，从而排除抽油杆上受力的影响。但是，由于这种井下动力仪是和抽油杆联接在一起的，为取得资料必须得起下抽油杆，其手续过于复杂，使用不便，从而未得到推广使用。苏联和美国在70年代都曾采取过在环形空间下用压力计测取泵筒内压力变化的方法，这个方法对于环形空间较大，从而允许在泵外加单流阀和下压力计的井来说是一个可行的途径，但对于套管较小、泵又比较小的井则无法应用。随着电子计算机的发展，近二十年来，在美国有人利用波动方程来描述抽油杆系运动，通过计算机求解井下示功图(美国专利3343409)。国内也已有人开始这项工作，并取得一定成果。上述几种测试方法虽然也解决了某些问题，但远远满足不了人们的要求。因为这些方法既不能测到代表泵工作状况的凡尔开关;也测不出引起油管振动的有害冲击力;更无法克服单纯从测力角度来判明油井情况的多解性问题。本专利技术的目的就是针对上述各种测试方法特别是地面示功图的缺点，提出用声学测试方法来弄清油井、抽油泵、抽油杆系统的状况，以便及时消除故障，维持油井系统的正常运转。通过多年实践，发现不论是代表泵工作状况的凡尔开关;或是因抽油系统不完善而出现的各种刮碰都会对油管及抽油杆有冲击作用，而正是这种冲击的结果都会引起油管及抽油杆的振动。从振动的理论得知，只要物体有振动就会有位移、速度及加速度存在。只要把这三个参数中任一个测试出来就会了解到引起油管振动的原因。至于这三个参数中以测哪一个为好，这主要根据被测对象的振动特征;人们所想要了解的内容以及有无适用的仪表三个因素来决定。已知在抽油井生产中引起振动的因素是比较多的，诸如凡尔开关、砂卡、碰泵、柱塞从工作筒中脱出、油气流的冲击、抽油杆与油管互相刮碰等。由于引起油管振动的力是冲击力，它是一种非周期信号，从傅里叶理论得知，表征此等信号的数学工具为傅里叶积分及其变换，从此理论可得知振动频谱是连续谱。因此，它们的振动频带比较宽而频率又比较高。这种振动所产生的位移比较小，但加速度却比较大。例如设油管的振动为1000赫芝，当其位移为0.4微米时，其速度为2毫米/秒，而其加速度却达到10米/秒2。从这一点看来，在这三个参数之中以测量加速度为佳;从另一角度来看，令人感兴趣的是引起油管振动的冲击力，而这种冲击力是与油管的加速度成正比的。除了以上二点以外，还考虑到测量加速度的仪表性能比较完善，该表的体积小，便于携带。因此本专利技术选择了加速度计，用它来对油管或抽油杆的振动进行测试，同时由于欲测的振动频谱均在音频范围，所以选用井声录放仪对振动信号进行记录。本专利技术抽油机井声测试机理就是利用加速度计测试抽油机井的油管(抽油杆)的振动情况，用井声录放仪对信号记录及放听，通过所测得的信号(声及记录卡片)的分析来判明油井的工作状况。本专利技术所用方法是利用装在井口采油树出油管线或光杆上的振动接收器或加速度计，将引起油管振动的各种信号变为电信号，此信号通过前置放大器放大后输往井声录放仪，用人耳先行测听，作初步判断，倘认为有必要录音可用该装置将信号录到磁带上，其仪表接法见图1。为了能找到测出的信号与光杆的上、下死点位置的信号，通过话筒加话音的方法录到磁带的另一轨道上，以供分析用。再根据分析工作需要，在室内再对记录下来的信号放音测听，或通过光线示波器或频谱分析仪使井声变为记录。然后根据上述资料对井声作综合分析，必要时参照其它资料如示功图，产量和液面等资料进行全面的对比分析并作出判断。图1是本专利技术方法所用仪表的连接法，图中1是油管卡箍，2是DT-1型地听器，3是引线，4为井声录放仪，5为出油管线，6为油管，7为光杆和8为驴头。本专利技术所用仪表有三，即加速度计，井声录放仪和井声记录装置，前二种为专用仪表，后一种为通用仪表。本专利技术方法所用加速度计是由中国科学院声学研究所研制的DT-1型地听器，其主要技术参数为电压灵敏度为20V/g+2%，频率响应为0.2-1000赫芝。这两项技术指标完全可以满足抽油机井声测的要求。井声录放仪可将信号强度如实录制下来并可用来监听井声，在其前面接一放大器即可，为了排除噪音干扰还可另外采取些技术措施。总之，这种井声录放仪的体积小，重量轻，功能高，适用于工人携带上井。关于井声记录装置是双线光线示波器或电平记录仪。通过对约三百个井次井声的测听及分析，可以测得如下音响1、凡尔开关声，2、井下泵砂卡声，3、喷油声，4、抽油杆与油管等的刮碰声，5、油管漏失声，6、柱塞从工作筒脱出而引起的碰撞声，9、光杆碰驴头声，10、凡尔滚动声等。总之凡与油管有硬性连接件发出的音频振动，只要在振动接受器灵敏度范围内均可收到。通过试验证明抽油机发出的响声一般对测试无干扰。关于对信号的识别的方法有以下几点1、信号的声特征，其中包括信号的音调、响度及音品(亦称音色)以及信号的波形与频谱;2、信号出现与光杆运行位置之间的关系;3、信号与油井情况以及由其它测试方法得来的资料如示功图、液面、产量等之间的关系。从声学理论得知不同尺寸、不同形状和不同材质的元件受冲击力作用时，它们所发出的音调和音品是不同的。油井中从不同深度、不同部位发出的音响在通过油管向上传递的过程中虽然会因声的衰减而会有些变化，但彼此间仍有差异。这些信号靠人耳是完全可以区分的，因此本专利技术把人耳当作区分信号工具之一，用人耳对井声进行初步判断。随后再将其变为记录卡片来供识别。除了信号的声特征外，信号出现的时间也是识别信号性质的必要依据，特别是当干扰信号较强，单靠人耳难以确切区分信号性质的情况下，信号的位置特征就是得更为重要了。例如碰泵是发生在光杆向下运行的下死点附近，而柱塞脱出工作筒引起的刮碰常常发生在上下行程的上死点附近等。至于示功图、液面、油井的产量、出油规律、结蜡、出砂等也可以作为识别井声的参考材料。下面列举抽油机井声测鉴别例1、抽抽油的音响特征是有凡尔开关声，且其声响轻脆悦耳，该凡尔开关声与抽油机运行呈有规律变化，声响有余音。声响位置在光杆运行的上、下死点之间，单程凡尔敲击次数等于或小于凡尔总个数。在抽的情况下井的产量不应大于泵的最大可能抽油量。声记录图形见图2(a)，可参照的示功图见图2(b)。2、喷有连续或间歇喷油声，无凡尔开关声，或有凡尔无规律的敲击声，声记录图形见图3(a)，示功图见图3(b)，若为连喷井，泵效一般大于1，若为间喷井其泵效也可能小于1，且套压呈周期性变化。3(b)可能为喷的图;可也能为抽的图。3、碰泵声响近似凡尔开关声，但无余音，碰泵声发生在光杆下行的下死点附近，有一响或二响。若碰泵严重，在井口可能听到碰泵声。由于冲程损失大，因而会降低泵效本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抽油机井声测听方法，其特征在于采用声测听方法，通过装在采油树出油管线或光杆上的振动接收器或加速度计，将井内各种冲击力引起的油管振动转变为电信号，然后测听，根据需要按下列步骤进行：第一步：通过井声录放仪先用人耳测听，进行初步判断， 第二步：用井声录放仪将信号录到磁带上，同时将光杆的上、下死点位置的信号通过话筒加话音的方法记录到磁带的另一轨道上，供分析用，第三步：在室内对井声进行放听或通过光线示波器或频谱分析仪将井声变为记录，第四步：利用以上方法取得的资料对井声 作综合分析，必要时参照其它资料如示功图、产量和液面等资料进行全面对比分析并作出判断。

【技术特征摘要】
1.一种抽油机井声测听方法，其特征在于采用声测听方法，通过装在采油树出油管线或光杆上的振动接收器或加速度计，将井内各种冲击力引起的油管振动转变为电信号，然后测听，根据需要按下列步骤进行第一步通过井声录放仪先用人耳测听，进行初步判断，第二步用井声录放仪将信号录到磁带上，同...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞振国，袁秀明，
申请(专利权)人：石油工业部石油勘探开发科学研究院采油工程研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]